汪龙，李艺，文继敏

（1安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南，232001；2重庆市爆破工程建设有限责任公司，重庆400200）

低冲击原地解体框架建筑物的爆破方式研究

汪龙1，2，李艺2，文继敏2

（1安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南，232001；2重庆市爆破工程建设有限责任公司，重庆400200）

该文介绍一种对建筑物实施拆除过程中采用的新型爆破方法——低冲击原地解体框架建筑物，通过采用特殊的爆破方式，使下层立柱起到阻尼器的作用，缓解爆破冲击，并建立计算模型，对楼体底层立柱的承载力进行了比较计算，爆破结果与计算数据均得到反映，该方式具有较好的应用前景。

爆破；低冲击；承载力

引言

对于建筑物的爆破拆除，其设计原理在于破坏建筑物承重结构，通过爆破手段破坏它的受力构件或受力节点，使其结构在自重作用下变形破坏塌落或冲击地面，达到解体拆除的目的。但在城市复杂的建筑环境中，楼房的拆除爆破通常会有诸多限制条件，而有些条件会使楼房采用常规爆破方式拆除无法实现。某楼房的拆除过程中，针对现场实际情况，采用了一种低冲击原地解体框架建筑物的爆破方式。

1 工程概况

为了配合城市改造，提升城市形象，某楼房需拆除改造，该楼房地上六层加地下二层，均为钢筋混凝土框架结构，总长43.8m，总宽为20.3m，地面高度21.6m，平均每层3.6m，地下两层每层3.9m。

待拆楼体周边环境复杂，无定向倒塌空间，且按业主要求，原地下两层需保留。

2 工程特点

2.1 待拆楼体为框架结构，十分坚固，根据业主要求，负一层、负二层为保护范围，均需保留，且各功能要保证正常运转。

2.2 而该工程为保护地下两层不受破坏，恰恰不能利用楼体自重塌落解体，更不能使其冲击一层楼板。

3 拆除方案的确定

3.1 爆破方案

此次拆除任务，采用一次性爆破拆除法，爆破高度为2-6层。爆破时，先爆除第6层的立柱，使第6层的楼板平顺的叠放在第5层楼顶上，其重量由第5层楼顶及立柱承载，待该叠放动作完成静止后，再爆下一层的柱子，以减少下一层的楼顶和立柱承受的冲击载荷。如上，依次爆除6-2层的立柱，1层不炸，以1层的楼顶和柱子承担上部5层的爆后重量，以确保负一层的楼顶不受损坏。

通过控制爆破药量和单耗，使2层立柱先减弱松动一下，仅使其混凝土强度降低，但不使其碎块脱离钢筋笼，如此，该层立柱在后续楼层依次爆破下坠的过程中，可起到一个阻尼器的作用，即每承受一次冲击，其混凝土（已强度弱化）会加剧一次破坏，立柱会变形，同时吸收上部楼体下坠的能量，从而保护1层以下的立柱不受强冲击荷载。

3.2 安全防护总体方案

该拆除工程楼房所处位置和环境相对复杂，但为了确保万无一失，在爆破过程中除合理地选用各类爆破技术参数，控制一次齐爆的总药量，减少爆破振动和爆破冲击波及飞石外，还应重点抓好被爆部位的覆盖防护工作[1]，并在一楼地面铺设沙袋，地下两层均满搭脚手架。

4 爆破参数的确定

本次爆破只炸毁楼体2-6层的立柱。

4.1 爆高确定

先爆碎立柱一定高度范围内的混凝土，使其脱出钢筋笼，失去混凝土的支撑，钢筋必然塑变，立柱失稳，楼体倒塌。

依据该工程特点，为保证每层楼板下落过程中能最大限度重叠，2-6F立柱均实行满打孔。

4.2 爆破参数

（1）炮孔直径D=42mm

（2）最小抵抗线W=Bd/2，(Bd为立柱截面短边长度或墙厚，m)。

（3）孔间距a=(1.0～1.5)W(cm)。

（4）孔深L=3/5Bd

（5）炸药单耗（q）

设计炸药单耗：依据本楼立柱布筋情况及最小抵抗线数值，6-3层炸药单耗取0.46kg/m3，即可达到混凝土粉碎、疏松、脱离钢筋笼、箍筋拉断、主筋膨胀的效果，2F立柱单耗取0.20kg/ m3，仅使混凝土不完全破坏，柱顶和柱底各一孔正常装药（最后响）[2,3]。

5 爆破器材选择和网络设计

5.1 爆破器材选择

本次爆破采用2号岩石乳化炸药。

为实现爆破方案中“待上层楼板叠放动作完成静止后，再爆下一层的柱子”的设计[4]，经下列公式计算：

式中：h表示每层楼高，3.6m；g表示重力加速度，9.8m/s2；t表示每层楼板下落时间，s。

计算得理论上每层楼板下落至下层楼板的时间t=0.86s，所以该工程采用电子雷管，延期100ms。

5.2 起爆网络设计

该工程根据现场实际情况，爆破范围2-6层，爆破范围及雷管分布如图1。

图1 待爆大楼雷管段别分布及爆破范围示意图

5.3 网路连接

起爆网路采用大并联网络，电子雷管专用起爆器材（图2）。

图2 起爆网路图

6 底层立柱的承载能力计算

6.1 校核方法及公式

6.1.1 计算模型的建立

为校核一层立柱在上部五层结构冲击载荷作用下的承载能力，将模型简化为：总质量为M总的上部五层结构，从静止开始（自二层）以近似的自由落体方式落至一层楼板；上部结构的总重量及下落产生的冲击载荷由一层各个立柱均分（各柱截面积基本相同，分布基本均匀），设单个立柱承担的载荷为M。问题即简化为重量为M的混凝土块从静止开始以近似自由落体方式落到立柱上，校核立柱的承载能力，如图3所示。

群柱间的相互作用使得群柱的轴压稳定承载能力比单柱要高，若经校核单个立柱满足承载能力要求，则立柱群的总承载能力也必定能满足要求。

图3 楼体下落模型

由于混凝土存在应变率敏感效应，在动载作用下混凝土材料将表现出与静载不同的力学性能。有利的一面，动载的轴心承载能力与静载相比有所增加；不利的一面，动载的一部分动能最终转化为内能，以额外的冲击力F冲的形式加载到混凝土立柱上，即在相同质量物体的作用下，动载对混凝土的破坏能力要比静载大。

动载作用下立柱承载能力校核的主要步骤：（1）计算冲击力F冲，然后将冲击力与结构自重W进行叠加，得到总体载荷F总；（2）计算动载作用下混凝土柱的轴心承载能力N动；（3）校核在动载的作用下混凝土柱的承载力是否大于F总。

6.1.2 总体荷载F总的计算

（1）冲击力F冲的计算

《混凝土结构设计规范》未涉及动载作用的冲击力F冲的计算方法，但是该工程的冲击力F冲可类比于轮船对桥墩的撞击：

式中：F为撞击力，kN，此处近似等效为上部结构对立柱的冲击力F冲；γ为动能折减系数，当船只斜向撞击墩台时取0.2，当正向撞击时取0.3。该工程按照实际情况应类比取0.3；v为船只撞击墩台时的速度，m/s。此处可近似等效于上部结构近似自由落体下落的速度;W为漂流物自重，kN。此处可近似等效于上部结构的自重W；α：船只驶近方向与墩台撞击点处切线所成的夹角，此处根据具体情况取α=90°；c1、c2为船只的弹性变形系数和墩台的弹件变形系数，缺乏资料时可假定c1+c2=0.0005 m/ kN。

（2）总体载荷F总的计算

将计算的冲击力F冲与结构自重W进行叠加，即得到混凝土立柱上部结构的全部柱端载荷F总，即：

F总=W+F冲

6.1.3 动载作用下立柱的轴心承载能力N动的计算

（1）静载作用下的轴心承载能力

根据《混凝土结构设计规范》：

式中：φ为稳定系数，按照《规范》要求选取；f'y为钢筋抗压强度设计值，N/mm2；fc为混凝土轴心抗压强度设计值，N/mm2；As'为全部纵向受压钢筋面，mm2；A为构件截面面积，按照《规范》要求选取，mm2。

（2）动载作用下的轴心承载能力

根据欧洲规范的建议（CEB），材料动态强度的计算采用欧洲规范推荐的经验公式，混凝土柱的动态抗压强度如下所示：

式中：σc,d为与动态应变率ε对应的混凝土动态抗压强度，σc,s为εc,s=3.0x10-5下混凝土准静态抗压强度，α为α=1/(5+0.9fcu),fcu为混凝土立方体试样的准静态抗压强度设计值，γ为lgγ= 6.156α-0.492，？表示有待进一步改进。

对于上式的动载应变率ε，计算方式如下：

式中：v表示加载速度，D为立柱高度。

混凝土立柱动载轴心抗压强度σc,d与静载轴心抗压强度σc,s的比值，等于动载轴心承载能力N动与静载轴心承载能力N静的比值，即：N动/N静=σc,d/σc,s。由此可计算出动载轴心承载能力N动的大小。

6.1.4 动载作用下混凝土立柱承载能力的校核

将上述计算出的柱端载荷F总与立柱动载轴心承载能力N动进行比较，即可校核混凝土立柱在上部冲击载荷作用下的承载能力，进而得出一层全部柱群在上部全部冲击载荷作用下的承载能力。

经计算：该混凝土立柱在上述冲击载荷作用下的动载轴心抗压强度与静态轴心抗压强度的比值为1.61，也即动载轴心承载能力N动与静载轴心承载能力N静的比值N动/N静=1.61，由此可计算动载轴心承载能力：

6.1.5 动载作用下混凝土立柱承载能力的校核及结论

由上述计算可知，该结构一层单个混凝土立柱所分担的上部结构的总荷载F总=F冲+M=2136.7kN（比静载荷作用下提高22%），单个混凝土立柱动载承载能力N动=15710.62kN（比静载作用下提高60%），轴心承载能力是所承担载荷的7.35倍，单个立柱在该冲击载荷作用下能够保证安全。

因上述校核是针对一层的单个立柱，且多个立柱共同作用时轴压稳定承载能力比单柱要高，则一层柱群能承担上部结构坠落的动载荷，该爆破方式能确保一层柱群及下部结构的安全[5]。

7 结语

该新型爆破方法通过控制爆破药量和单耗，使下层立柱混凝土松动破碎而不脱笼，减弱混凝土强度，使其在上层结构下坠解体过程中起到阻尼器的作用，缓解爆破冲击，使爆破产生的震动和冲击效应小，实现原地解体框架建筑物。可应用于保护性拆除、地下工程上部结构拆除等爆破工程。

[1]赵红宇，王守祥，刘云剑，等.高层框架剪力墙结构楼房的控制爆破拆除[J].爆破，2008，25(2)：53-56.

[2]李新建，董业峰，张惠聚.带独立电梯井的五层框架楼爆破拆除[J].爆破，2004，2（1）：29-31.

[3]朱朝祥，吴岩，崔允武.十四层框架结构办公楼的爆破拆除[J].爆破，2007，13（3）：59-61.

[4]公文新.二十六层楼房爆破拆除[J].爆破，2004，21（3）：40-44.

[5]刘殿中.爆破工程实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1999：118-130.

责任编辑：孙苏，李红

tudy on Blasting Method for Frame Disaggregation with Low Impact

This paper introduces a new blasting method in building demolition--frame structure disaggregation with low impact,adopting a special blasting method to make the stand column work as a damper to reduce blasting impact.A calculation model is established to calculate and compare the bearing capacity of ground floor stand columns,with blasting results and calculation data obtained.It's proved that this method has quite good application prospects.

blasting;low impact;bearing capacity

TD235.1

A

1671-9107（2016）12-0041-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.041

2015-11-23

汪龙（1982-），男，重庆人，硕士研究生，高级工程师，主要从事爆破器材研究和爆破设计施工、安全监理和安全评估。